Produkcja paliwa na Marsie
NASA planuje przeprowadzenie załogowych misji na Marsa już w latach 30. XXI wieku. Dotarcie na planetę oddaloną od Ziemi o miliony kilometrów wymaga wykorzystania ogromnych ilości paliwa. Podobne albo jeszcze większe jego zasoby będą potrzebne podczas powrotu. Przewiezienie wszystkich niezbędnych materiałów z Ziemi byłoby bardzo kosztowne i skomplikowane, ponieważ każdy dodatkowy kilogram zwiększa koszty. Dlatego inżynierowie pracują nad technologią, która mogłaby pozwolić przyszłym astronautom wytwarzać paliwo rakietowe z zasobów znajdujących się już na Czerwonej Planecie.
W nowym badaniu naukowcy z University of Mississippi oraz Texas A&M University wykazali, że do produkcji paliwa można byłoby wykorzystać rozrzedzoną atmosferę Marsa. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „ACS Catalysis”.
Dwutlenek węgla może zostać przekształcony w metan
Atmosfera Marsa zawiera około 96 proc. dwutlenku węgla. Naukowcy opracowali katalizator z dodatkiem miedzi, który pozwala przekształcać CO₂ w metan. Rozmiar zastosowanego katalizatora jest 100 tys. razy mniejszy niż szerokość ludzkiego włosa.
Badana metoda wykorzystuje energię elektryczną do przekształcania CO₂ w paliwa oraz związki chemiczne zawierające węgiel. Wykorzystanie wychwyconego dwutlenku węgla i energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych mogłoby zmniejszyć zależność od pierwotnych surowców kopalnych i pomóc w zamknięciu obiegu węgla. Inne technologie również pozwalają przeprowadzać tę reakcję, jednak często prowadzą do powstawania wielu niepożądanych produktów ubocznych.
Katalizator pomaga uzyskać więcej metanu
Według badaczy jednym z najważniejszych problemów związanych z wykorzystaniem tej technologii na Marsie jest brak rozbudowanej infrastruktury potrzebnej do rozdzielania i oczyszczania produktów, która jest dostępna na Ziemi. Na naszej planecie można oddzielać pożądane substancje od niepożądanych produktów powstających w czasie reakcji. Na Marsie konieczne byłoby natomiast uzyskanie produktu o czystości zbliżonej do poziomu wymaganego w przypadku paliwa rakietowego.
Katalizatory miedziowe opracowywane przez naukowców mają kierować reakcję przede wszystkim w stronę produkcji metanu. Zwiększenie selektywności procesu może ograniczyć potrzebę późniejszego oczyszczania otrzymanego produktu.
Technologia może znaleźć zastosowanie na Ziemi
Opracowywane rozwiązanie może być wykorzystywane również na Ziemi. Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego i znajduje zastosowanie przy produkcji paliw oraz substancji chemicznych wykorzystywanych przez przemysł.
Wytwarzanie metanu bezpośrednio z CO₂ oraz jego późniejsze lokalne przetwarzanie mogłyby w przyszłości umożliwić produkcję paliw i substancji chemicznych w mniejszych zakładach. Produkcja nie musiałaby wtedy opierać się wyłącznie na dużych, centralnych instalacjach.
Syntetyczne paliwa mogą trafić do lotnictwa
Inżynierowie zwracają również uwagę na możliwość wykorzystania tej technologii do usuwania bardzo dużych ilości dwutlenku węgla z atmosfery Ziemi. Obecne możliwości nie pozwalają jednak jeszcze na osiągnięcie takiego celu. Wykorzystanie CO₂ z atmosfery do produkcji metanu, a następnie spalenie go jako paliwa powodowałoby ponowne uwolnienie dwutlenku węgla. Taki proces oznaczałby zerowy bilans i zamknięcie obiegu węgla.
Naukowcy chcą sprawdzić, czy można wyjść poza samo recyklingowanie CO₂ i opracować procesy charakteryzujące się ujemnym bilansem emisji. Zakłada to wykorzystanie dwutlenku węgla jako źródła węgla oraz przekształcanie go w produkty, w których węgiel byłby magazynowany lub wykorzystywany przez odpowiednio długi czas, aby nie wracał od razu do atmosfery.
Dopracowanie takiego procesu mogłoby znaleźć zastosowanie również w branżach, w których wykorzystanie napędu elektrycznego lub akumulatorów jest trudne, takich jak lotnictwo.
Jak wyjaśniają badacze, zastosowanie w samolotach dużych i ciężkich akumulatorów ograniczałoby ich możliwości oraz zasięg. Dekarbonizacja lotnictwa pozostaje więc trudnym zadaniem między innymi ze względu na ograniczenia technologiczne i logistyczne. Jednym z możliwych rozwiązań byłoby wykorzystanie syntetycznych paliw opartych na węglu. Substancje tego rodzaju mogłyby być stosowane w obecnie używanych samolotach bez konieczności korzystania z paliw kopalnych.
Mariusz Drzewiecki
